Unity内存管理机制笔记--杨沁七

Arzie100

• 内存管理基础
  
  
  
  • 物理内存
    
    
    
    • CPU访存速度慢：先Cache；再内存
      
    • Cache Miss会导致大量的内存和Cache的IO交换，浪费大量时间
      
      
      
      • Unity提出ECS方案来降低Cache Miss的概率
        
      
      
    
    
  
  

• 台式设备和移动设备架构的差异
  
  
  
  • 移动设备没有独立显卡
    
  • 移动端数据内存和显存共享同一块内存
    
  • 移动设备的CPU面积小，导致缓存级数少，大小也更小
    
  
  

• 虚拟内存
  
  
  
  • 定义：利用磁盘空间虚拟出一块逻辑内存，这一块磁盘空间被称为交换空间
    
  • 内存交换操作：操作系统在内存不足时，将一些不用的内存交换到硬盘上
    
    
    
    • 移动设备没有这个操作
      
      
      
      • 移动设备IO速度很慢
        
      • 移动设备的可存储物的可擦写次数比硬盘少很多，会减少使用寿命
        
      
      
    
    
  
  

• 内存压缩：IOS中将不活跃的内存压缩起来存储到一个特定空间，以节省出物理内存空间
  
• 内存寻址范围
  
  
  
  • 定义：CPU对于内存寻址的能力
    
  • 范围与Memory Controller(内存控制器)有关，与运算位数(64 or 32)无直接关系
    
  
  

• 总结：在移动设备中需要更加高效的内存管理机制
  
  
  
  • 实际物理内存小，没有虚拟内存
    
  • 缓存级数少，大小也更小
    
  
  

• 移动设备的内存管理
  
  
  
  • Android内存管理
    
    
    
    • 基本单位Page：4K
      
    • 用户态和核心态
      
    • 内存杀手：Low Memory Killer当内存不足时，会清理内存
      
    • Android应用分层
      
    • 内存指标
      
      
      
      • RSS：独占+Services
        
      • PSS：独占+均摊的Services
        
      • USS：独占
        
      
      
    
    
  
  

• IOS内存管理
  

• Unity内存管理
  
  
  
  • Unity是一个C++引擎
    
    
    
    • 最底层：Runtime，全是Native C++代码
      
    • 最上层：C#，例如Unity的Editor和部分Package
      
    • 中间层：Binding，将C#与C++联系起来，为C#提供API
      
    • 虚拟机：用于跨平台
      
      
      
      • Mono
        
        
        
        • 目标：在尽可能多的平台上能正常运行.net标准程序
          
        • 组成：C#编译器、CLI虚拟机和核心类别程序库
          
        • 工作流程
          
        • 首先，通过C#编译器mcs，将C#编译为IL（中间语言，byte code）
          
        • 然后通过Mono运行时即VM中的编译器将IL编译成对应平台的原生码
          
        • 原生码是什么？？？
          
        
        
      
      
    
    
  
  

• 三种转译方式
  
• 即时编译（just in time，JIT）：在程序运行过程中，将byte code转译为目标平台的原生码
  
• 将IL代码转为对应平台的原生码并映射到虚拟内存中执行。编译时IL是依托Mono运行时，转为对应原生码后再依托本地运行
  
• 为什么是虚拟内存
  

• 提前编译（ahead of time，AOT）：在程序运行之前，将.exe或.dll文件中的CIL的byte code部分转译为目标平台的原生码并且存储，程序运行中仍有部分CIL中的byte code需要JIT编译
  
• 完全静态编译（full ahead of time，full-AOT）：在程序运行之前，将所有源码编译成目标平台的原生码
  
• 在程序运行之前编译是否也依托于Mono运行时？？？
  

• 特点
  
• 构建应用非常快
  
• Mono的JIT机制可以支持更多的托管类库
  
• 支持运行时代码执行
  
• 必须将代码发布成托管程序集（.dll文件，由mono或者.net生成）
  
• Mono VM在各个平台移植异常麻烦，有几个平台就得移植几个VM（WebGL和UWP只支持IL2CPP）
  
• Mono版本受限，C#很多新特性无法使用
  
• IOS仍然支持Mono，但不允许32位
  

• IL2CPP
  
  
  
  • 组成
    
  • AOT（静态编译）：将IL中间语言转换成CPP文件
    
  • 运行时库：例如垃圾回收、线程/文件获取（独立于平台，与平台无关）、内部调用直接修改托管数据结构的原生代码的服务与抽象
    
  
  

• 特点
  
• 转成CPP后运行效率更快，且可以调试生产的C++代码
  
• Mono VM在各个平台的移植和维护非常耗时
  
• 利用现成的在各个平台的C++编译器对代码执行编译器优化，这样可以进一步减少最终游戏的尺寸并提高游戏运行速度
  
• 动态语言特性，所有内存分配和回收由GC组件完成
  
• 尽管通过IL2CPP后代码转换成了静态的C++，但内存管理还是遵循C#的方式，因此还需要一个IL2CPP VM，它来提供诸如GC管理、线程创建这类服务性工作
  
• IL2CPP可以做得很小，因为它不需要处理IL加载和动态解析，因此使得游戏载入时间缩短
  
• 多平台移植非常方便
  
• 相比Mono构建应用慢
  
• 只支持AOT编译
  

• 内存管理分类
  
  
  
  • 按照分配方式
    
    
    
    • Native Memory（原生内存）：不会被系统自动管理，需要手动释放
      
      
      
      • Unity重载了C++的分配内存的操作符
        
      • 使用操作符时提供参数Memory Label指示将当前的内存分配到哪一个内存池
        
      • Unity在底层使用Allocator，每个Allocator池，单独做跟踪
        
      • NewAsRoot：使用Allocator的生成会使用NewAsRoot，生产Memory Island，它包括很多子内存
        
      • 返还系统：当使用delete和free内存时，会立刻返还给系统；这与托管内存不同，它需要GC才返回
        
      
      
    
    
  
  

• Managed Memory（托管内存）：系统自动管理，通过GC释放
  
  
  
  • VM内存池：即Mono虚拟机的内存池，以Block的形式管理，当一个Block连续6次GC没有被访问到，这块内存会被返回给系统
    
  • GC分类
    
  • 分代与非分代式
    
  • 非分代式：全都堆在一起，速度快
    
  • 分代式：划分不同区域，包括大内存、小内存和超小内存
    
  
  

• 压缩和非压缩
  
• 非压缩式：有内存被释放，这块区域空着
  
• 压缩式：对空白区域重新排布，填充空白，使内存紧密排布
  

• Incremental GC：解决原来GC导致的卡顿问题，将GC操作分帧进行
  

• Unity采用Boehm GC，简单粗暴，属于非分代、非压缩式，会导致内存碎片化
  

• 这个如何控制？
  
  
  
  • 堆栈（Stack）
    
  • 存储函数和值类型的地方
    
  • 堆栈回溯
    
  • 不会出现碎片化或GC问题，但可能会碰见堆栈溢出
    
  
  

• 堆积（Heap）
  
• 引用类型
  
• 销毁对象后，内存空间不会马上释放，而是标记为未使用，之后由GC释放
  
• 对象实例化和摧毁过程很慢；可能会导致碎片化
  
• 错误引用，导致希望释放的内存未被正常释放，造成内存泄漏
  
• 当内存不足以分配给一个存储占用较大的对象时
  
• GC运行，尝试去释放更多的空间以满足对象的内存分配需求
  
• 堆空间拓展
  

• 官方文档的说明
  
  
  
  • 分为三层进行管理
    
  • 托管内存（Managed memory）
    
  • 重点在于托管堆（managed heap）和GC
    
  • 由Mono和IL2CPP‘s脚本虚拟机实现，也叫做脚本内存系统
    
  • 托管堆（managed heap）：由虚拟机通过GC自动管理
    
  • 脚本栈（scripting stack）：程序运行过程中的值类型和函数调用使用的内存
    
  • 原生虚拟器内存（Native VM memory）：Unity脚本层相关的内存
    
  
  

• 优缺点
  
• 优点
  
• 有助于防止内存泄漏
  
• 保护内存访问
  

• 缺点
  
• 会影响运行时性能，因为分配托管内存对CPU来说非常耗时
  
• GC也可能会阻止CPU做其他工作，直到它完成
  

• C#非托管内存（C# unmanaged memory）
  
• Unity Collections namespace and package，no use of GC
  
• 允许访问原生内存以微调内存分配
  

• 原生内存（Native memory）
  
• 用来运行引擎的C++内存
  
• Unity引擎的内部C/ c++核心拥有自己的内存管理系统，即原生内存
  
• 通过C#的API可以间接访问原生内存
  

• 非托管内存和原生内存有什么区别？是指的同一种内存吗？
  

• Editor和Runtime模式：管理方式、内存大小、分配时间和分配方式都不同
  
• 按照管理方式
  
  
  
  • 引擎管理内存
    
    
    
    • 即引擎运行时需要分配的内存，开发者一般触碰不到
      
    
    
  
  

• 用户管理内存
  
  
  
  • 开发时使用的内存
    
  
  

• Unity无法管理的内存
  
  
  
  • 用户分配的Native内存：比如自己写的C++ Native插件，因为Unity无法分析已编译的C++是如何分配和使用内存的
    
  • Lua：由自己管理，Unity没法统计其内部情况